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蚕丝蛋白的科技延展

发布时间:2021-08-17

科学界高分子化学专业将生物大分子界定为一个活跃且充满挑战的研究领域,生物大分子是由一类或少数几类前提分子以重复结构相互连接在一起所形成的多聚体,常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂类、多糖等,这些元素是组成人体的基本元素,也是人类生存和繁衍的自然基础。

四种大分子里,蛋白质与我们生活最为密切,它是人体结构中最重要的生物物质,具有催化酶、运输、细胞运动和免疫保护等生物功效。早在远古时期,人类就学会了狩猎进食,从动物身上获取蛋白质保护自己,通过摄取肉类增强体能,通过身着皮毛抵御寒冬。

而在5000年前的中国,一种有效含量高、构成种类丰富的蛋白质就被我们祖先发现,加工而成的布匹和衣物光泽鲜亮、手感柔滑,通过陆地和海洋传播到世界各地,它是中国古代的文化象征,也是一种自然界的全价优质蛋白——蚕丝蛋白。



蚕丝蛋白的结构和主要成分

【结构组成】

蚕丝蛋白(Fibroin;シルクタンパク )又名丝素蛋白,是从天然蚕丝中提取的一种高分子纤维蛋白。含量约占蚕丝的70%~80%,以反平行折叠链构像(B-sheet)为基础,形成直径大约为10nm的微纤维,无数微纤维密切结合组成直径大约为1Lm的细纤维,大约100根细纤维沿长轴排列构成直径大约为10Lm-18Lm的单纤维,这种单纤维就是蚕丝蛋白纤维。



【生物特性】

不同规格纤维构成的复合体蛋白会比其同类具备更多样的生物特性,普通天然蛋白具有吸水特性,而蚕丝蛋白兼具吸水和透水特性,会根据环境湿度自动调节水分含量。除此之外,蚕丝蛋白还具有高强度的力学性、优良的生物相容性、容易降解和吸收等优秀特性,这些生物特性提高了蚕丝蛋白的价值,也为各种行业提供了全新的研发思路。



【主要成分】

蚕丝蛋白含有18种氨基酸,其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和丝氨酸(ser)等8种人体必需氨基酸约占总组成的80%以上,元素方面则与其他蛋白一样,除了包含C、H、O、N四种元素外,还含有多种其他元素组成,主要包含K、Ca、Si、Sr、P、Fe、Cu等。与此同时,科学界对蚕丝蛋白的成分研究还在持续延伸,越来越多的生物特性被挖掘并运用到各种产业上,不断刷新着我们对这一古老事物的认知。




虽然蚕丝蛋白具备多种优良性能,但在外界温度、光线、力学性能等因素干扰下同样会发生性状改变,自然界赋予每一种蛋白分子不同的生物特性,但在“天敌”的设定上则相对公平一些。为了改善蚕丝蛋白的天然属性,多国科研机构开展蚕丝蛋白功能改性实验,主要包括接枝聚合改性和高分子共混改性,试图通过实验实现蚕丝蛋白在抗紫外辐照性能、热稳定、吸水性、力学性能等方面的特性改善。


经过改性后的蚕丝蛋白可以运用在食品、医药、精细化工、生物科技等诸多领域,成为共混纺丝、酶的固定基材、生物传感器、智能性凝胶等新型材料。基于天然特性和修复改性后的蚕丝蛋白拥有怎样的市场价值和应用场景,有待市场进一步探索挖掘。



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